CN112012450A - 一种自动抹灰机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动抹灰机，包括抹灰机本体；自动行走单元控制抹灰机本体实现全方位行走和/或原地转向；抹灰单元对墙面进行上灰和刮平作业；抹头调整单元调整抹灰单元与墙面距离、夹角、水平状态及竖直位置；自动定位单元获取抹灰机本体周围的环境图像及抹灰机本体的实时定位信息，并将环境图像及定位信息发送至自动行走单元，自动行走单元根据接收的信息规划行走路径，以及获取抹灰机本体的位姿和位置信息并进行处理生成位姿调整信息，并将所生成的信息发送至抹头调整单元，抹头调整单元根据接收到的信息调整抹灰单元的位姿。本发明自主性高，最大限度节省人工、提高工作效率、降低抹灰阶段的工程造价。

Description

一种自动抹灰机

技术领域

本发明涉及建筑施工自动化领域，具体地，涉及主要用于墙面抹灰的自动抹灰机。

背景技术

抹灰作业涉及大量的砂浆湿作业，并且施工规范对抹灰质量要求较高。传统人工抹灰劳动强度较大，对工人技能水平要求高，因此抹灰工属于建筑行业比较短缺的工种，经常出现用工荒。并且长期在高温高污染的环境下从事抹灰工作容易中暑、患上尘肺、劳损等职业病。总体来说，传统抹灰的人工成本较高，效率低、质量难以稳定、并且伴有安全和职业病风险。

另一方面，现有抹灰单元均属于半机械化设备，可辅助人工进行基本的抹灰工作，但是存在以下几个问题：首先，每一次机械抹灰的施工准备和前置工序均需人工完成，耗时长、效率低、并且精度难以保证。比如，机器无法自动行走，工序间的移动都依赖人工来完成；需要人工布置灰饼和冲筋条作为抹墙作业基准；现有机器无法识别自身的位置，需要人工来完成每道工序间的对齐和定位；为保证抹灰的垂平度，需人工对抹灰机构进行位置和姿态上的调整；抹灰厚度需人工定位操作进行调整。另外，抹灰作业中的机器遗留空白处较多，机械施工覆盖率不足。比如，目前的抹灰机械，其抹头无法在底部阴角处进行抹灰，还需要人工后续填补收尾；有些抹灰机械机身尺寸设计过大，无法自由进出走廊、衣帽间等狭小空间，也无法进行施工。

综上，当前的人工和半机械化墙面抹灰都存在劳动强度大、效率低、招工难、工程质量不稳定、成本高的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种自动抹灰机，实现墙面抹灰全自动化。

为实现上述发明目的，本发明提供一种自动抹灰机，包括：

抹灰机本体；

设置于所述抹灰机本体上的自动行走单元，驱动所述抹灰机本体行走和/或原地转向；

设置于所述抹灰机本体上的抹灰单元，所述抹灰单元对墙面进行上灰和刮平作业；

设置于所述抹灰机本体上的抹头调整单元，所述抹头调整单元能调整所述抹灰单元与墙面的距离、夹角、水平状态、竖直位置中一种或多种；

设置于所述抹灰机本体上的自动定位单元，所述自动定位单元获取所述抹灰机本体周围的环境信息及所述抹灰机本体的实时定位信息，并将环境信息及定位信息发送至所述自动行走单元，所述自动行走单元按照所述自动定位单元发出的位置信息规划行走路径，实现所述抹灰机本体的全方位行走和/或原地转向；同时获取所述抹灰机本体的位姿和位置信息并进行处理生成位姿调整信息，并将该位姿调整信息发送至所述抹头调整单元，所述抹头调整单元根据接收到的位姿调整信息调整所述抹灰单元的位姿。

优选地，自动抹灰机包括：设置于所述抹灰机本体上的自动调平单元；所述自动调平单元包括支撑装置和一级位姿传感装置，其中，所述支撑装置设置于所述抹灰机本体底部，且所述支撑装置的底部支撑于地面上，所述一级位姿传感装置采集所述抹灰机本体底部的水平度信息，并将所采集的信息发送至所述自动定位单元，所述自动定位单元根据接收的信息发出调整指令，从而调整所述支撑装置的高度，实现在复杂路面情况下对所述抹灰机本体姿态的调整。

优选地，所述支撑装置包括四个支撑脚，所述四个支撑脚分别分布在所述抹灰机本体底部的四个角上。

优选地，所述自动行走单元包括：

移动装置，所述移动装置设置于所述抹灰机本体底部，驱动所述抹灰机本体全方位行走和/或原地转向；

设置于所述移动装置上方的悬挂系统，所述悬挂系统辅助所述移动装置适应含坡度、高低差、并落有杂物的地面情况，并同时提供足够机构刚度。

优选地，所述自动定位单元包括：

感知装置，采集环境信息和所述抹灰机本体的位置信息，并将采集的信息发送至信息处理模块；

信息处理模块，所述信息处理模块对接收的信息通过数据处理算法进行过滤、融合和校准，生成自动作业所需信息。

优选地，所述感知装置包括：

激光发生器，所述激光发生器设置于建筑物内的地面、墙面或天花板上,所述激光发生器发出激光线作为抹灰作业的基准线；

视觉相机，所述视觉相机设置于所述抹灰机本体上,所述视觉相机拍摄抹灰作业的基准线，获取所述抹灰机本体的位置信息；

测量装置，所述测量装置设置于所述抹灰机本体上,用于测量所述抹灰机本体在建筑物内的位置信息。

优选地，所述抹头调整单元包括：

设置于所述抹灰机本体上的前后伸缩机构，能带动所述抹灰单元沿墙面的前后方向移动从而调整所述抹灰单元与墙面的距离，以实现不同的抹灰厚度；

设置于所述抹灰机本体上的角度控制机构，用于调整所述抹灰单元与墙面的夹角；

设置于所述抹灰机本体上的横向平移机构，用于调整所述抹灰单元的水平方向，使所述抹灰单元平行于墙面；

设置于所述抹灰机本体上的竖向升降机构，带动所述抹灰单元沿竖直方向移动。

优选地，所述竖向升降机构包括：

提升机构，所述提升机构设置于所述抹灰机本体上，能带动所述抹灰单元提升至天花板的高度；

顶撑机构，所述顶撑机构设置于所述抹灰机本体上，所述顶撑机构能分别顶撑于地面和/或天花板上，为所述抹灰机本体提供足够的支撑。

优选地，所述竖向升降机构还包括：

二级位姿传感器，采集所述竖向升降机构的垂直度信息，并将采集的数据发送至所述自动定位单元的信息处理模块。

优选地，所述抹灰单元包括：

抹灰板，所述抹灰板设置所述抹灰机本体上，用于进行整个墙面的上灰和刮平作业；

抹灰执行器，所述抹灰执行器包括储料斗和料管接头，其中，所述储料斗与所述抹灰板连通，向所述抹灰板输送灰料，所述料管接头用于连接泵机，实现灰料的储存和实时供给。

与现有技术相比，本发明具有如下至少一种的有益效果：

本发明上述自动抹灰机，通过设置抹灰单元、自动行走单元、自动机身调平单元、自动定位单元以及抹头调整单元，能够根据建筑环境和工程任务自主移动到规定工作地点、自主定位和姿态调整，避免繁琐耗时的抹灰前置作业和抹灰作业；同时实现墙面、水平阴角和竖向阴角等困难部位的自动抹灰，达到抹灰工程大幅节省人工、提高工作效率、降低综合造价、提升工程质量的目的，同时可以预防和规避现有施工方式所带来的职业疾病和安全风险。

本发明上述自动抹灰机，避免人工操作错误和减少误差，工程质量好，并便于下一阶段的墙面工序，可根据实际工作环境自动调整位置和姿态以达到作业精度、生成并依据较优的工艺参数稳定的作业，保持质量的一致性；通过对抹灰头位姿的实时调整，来控制抹灰的质量，实现对抹灰质量的实时控制，如发生问题自动调整和修正，以交付合格的抹灰结果。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明一优选实施例的自动抹灰机的立体结构示意图；

图2为图1的侧向示意图；

图3是本发明一优选实施例的自动抹灰机的抹头调整单元的结构示意图；

图4是本发明一优选实施例的抹灰单元的结构示意图；

图5是本发明一优选实施例的激光发生器的结构示意图；

图中标记分别表示为：抹灰机本体1、自动行走单元1000、车轮装置1100、悬挂系统1200、一级位姿传感装置2100、支撑脚2200、信息处理模块3200、激光发生器3110、视觉相机3120、测量装置3130、前后伸缩机构4100、角度控制机构4200、横向平移机构4300、提升机构4410、顶撑机构4420、二级位姿传感器4430、抹灰单元5000、抹灰板5100、储料斗5200、料管接头5300。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

参照图1所示，为本发明一优选实施例的自动抹灰机的立体结构示意图，图中包括：抹灰机本体1，以及设置于抹灰机本体1上的自动行走单元1000、抹灰单元5000以及抹头调整单元。其中，自动行走单元1000设有自主导航系统，采用SLAM算法或类似现有算法实现抹灰机本体1的实时建图定位，并进一步控制抹灰机本体1实现全方位行走和/或原地转向，负责抹灰机本体1在作业环境中的移动。抹灰单元5000对墙面进行上灰和刮平作业。抹头调整单元调整抹灰单元5000与墙面距离、夹角、水平状态或竖直位置中一种或多种。自动定位单元获取抹灰机本体1周围的环境信息及抹灰机本体1的实时定位信息，并将环境信息及定位信息发送至自动行走单元1000，自动行走单元1000按照自动定位单元发出的位置信息规划行走路径，实现抹灰机本体的全方位行走和/或原地转向；同时获取抹灰机本体1的位姿和位置信息并进行处理生成位姿调整信息，并将该位姿调整信息发送至抹头调整单元，抹头调整单元根据接收到的位姿调整信息调整抹灰单元5000的位姿。

自动定位单元负责抹灰机本体1在作业环境中的定位，包含至少两次定位功能。第一次是抹灰机本体1通过自动行走单元1000从初始位置移动到指定工作点的初次定位。第二次是抹灰机本体1到达指定工作点后，通过抹头调整单元进行的二次微调精确定位。

在其他部分优选实施例中，自动抹灰机包括：设置于抹灰机本体1上的自动调平单元。参照图1所示，自动调平单元包括支撑装置和一级位姿传感装置2100，其中，支撑装置由四个支撑脚2200组成，将四个支撑脚2200分别设置于抹灰机本体1底部的四个角上并支撑于地面上。一级位姿传感装置2100采集抹灰机本体1底部的水平度信息，并将所采集的信息发送至自动定位单元，从而调整支撑脚2200的高度，实现在复杂路面情况下对抹灰机本体1姿态的调整。支撑脚2200可以通过滑轨滑块固定于抹灰机本体1底部，并通过电机驱动丝杠带动支撑脚在滑轨上进行滑动。同时，支撑装置由四个支撑脚2200可以确保机身在位姿变化时的重心稳定性。

在其他部分优选实施例中，参照图1所示，自动行走单元1000包括移动装置和悬挂系统1200，其中，移动装置包括车轮装置1100，车轮装置1100包括车轮和驱动装置，车轮安装于抹灰机本体1的底部，驱动装置驱动车轮移动，可以实现全方位行走和/或原地转向，可以带动抹灰机本体1自由出入作业空间并于阳台、走廊、玄关、衣帽间、卫生间等狭小空间内行走。自动行走单元1000通过自动定位单元所派发的环境图像与定位信息，向驱动装置提供位移、航向角、速度、加速度等路径规划信息，从而实现自动行走。

悬挂系统1200通过螺纹连接于车轮的上方，能够帮助移动装置适应含坡度、高低差、并落有杂物的地面情况，并同时提供足够机构刚度。

在其他部分优选实施例中，参照图2所示，自动定位单元包括感知装置和信息处理模块3200；其中，感知装置采集环境信息和抹灰机本体的位置信息，并将采集的信息发送至信息处理模块3200；信息处理模块3200对接收的信息通过数据处理算法进行过滤、融合和校准，用以提高所测量数据的精度，并生成自动作业所需信息，该信息发送至抹头调整单元和抹灰单元5000的控制系统，用以指导精准抹灰作业。数据处理算法采用SLAM算法或类似现有算法实现抹灰机本体的实时建图定位。

在其他部分优选实施例中，感知装置包括激光发生器3110和视觉相机3120，其中，

参照图5所示，将激光发生器3110设置于建筑物内的地面、墙面或天花板上,激光发生器3110发出激光线作为抹灰作业的基准线。该基准线在建筑物内的位置为作业固定参数。

参照图2所示，视觉相机3120设置于抹灰机本体上,视觉相机3120拍摄抹灰作业的基准线，获得视觉相机3120与激光线的相对位置关系。由于视觉相机3120与抹灰本体的位置关系已知，即可通过解算获得抹灰机本体于建筑物内的位置信息。

参照图1所示，测量装置3130设置于抹灰机本体上，用于测量抹灰机本体在建筑物内的位置信息。

在其他部分优选实施例中，抹头调整单元包括：前后伸缩机构4100、角度控制机构4200、横向平移机构4300及竖向升降机构整体；其中，参照图3所示，前后伸缩机构4100设置于抹灰机本体上，前后伸缩机构4100与角度控制机构4200连接,前后伸缩机构4100根据自动定位单元所派发的调整指令带动抹灰单元5000沿墙面的前后方向移动从而调整抹灰单元5000与墙面的距离，以实现不同的抹灰厚度。作为一优选方式，前后伸缩机构4100由第一传动装置和第一驱动装置组成。前后伸缩机构4100可随竖向升降机构上下运动。可以通过设置电机、减速器驱动丝杠、滑轨滑块实现抹灰单元5000的前后运动。

参照图3所示，角度控制机构4200竖向设置于前后伸缩机构4100上，角度控制机构4200通过横向平移机构4300连接抹灰单元5000，角度控制机构4200根据自动定位单元所派发的调整指令调整抹灰单元5000与墙面的夹角；角度控制机构4200由第二传动装置和第二驱动装置组成。角度控制机构4200可随竖向升降机构上下运动。可以通过设置电机、减速器，并独立控制左右两侧的驱动丝杠、滑轨滑块实现抹灰单元5000的角度调整。

横向平移机构4300设置于角度控制机构4200上，横向平移机构4300与抹灰单元5000连接，横向平移机构4300根据自动定位单元所派发的调整指令调整抹灰单元5000的水平方向，使抹灰单元5000平行于墙面。横向平移机构4300由第三传动装置和第三驱动装置组成。第三传动装置和第三驱动装设置于抹灰单元5000后侧机构上，可随竖向升降机构上下运动。第三传动装置和第三驱动装置由电机、减速器驱动，通过传动机构在水平导轨上进行左右位置移动。

竖向升降机构整体设置于自动行走单元1000之上，通过法兰盘及螺栓进行连接。同时竖向升降机构通过法兰盘及螺栓与抹灰单元5000进行连接，并带动抹灰单元5000沿竖直方向移动。竖向升降机构由至少包含二级的传动单元和电机组成，进行抹灰单元5000垂直位置的调整。

在其他部分优选实施例中，参照图3所示，竖向升降机构包括提升机构4410和顶撑机构4420，其中，横向平移机构4300通过滑轨滑块或链轮链条方式连接在前后伸缩机构处，并于另一头通过法兰螺栓与抹灰单元5000进行连接。

提升机构4410设置于抹灰机本体上，提升机构4410通过前后伸缩机构4100与抹灰单元5000连接。前后伸缩机构4100通过滑轨滑块在提升机构4410上移动，并带动抹灰单元5000提升至天花板的高度。

顶撑机构4420设置于抹灰机本体的顶部，顶撑机构4420可分别顶撑于地面和/或天花板上，为抹灰机本体提供足够的支撑。

在其他部分优选实施例中，竖向升降机构包括二级位姿传感器4430，参照图3所示，二级位姿传感器4430设置于提升机构4410，采集竖向升降机构垂直度信息，并将采集的数据发送至信息处理模块。即使在地面和天花顶板不平的情况下，仍可以保持机身的垂直度。

在其他部分优选实施例中，参照图4所示，抹灰单元5000包括抹灰板5100和抹灰执行器，抹灰板5100连接于横向平移机构4300，用于进行整个墙面的上灰和刮平作业；抹灰执行器设有储料斗5200和料管接头5300，可实现灰料的储存和实时供给。储料斗5200设置于抹灰板5100后方，通过铰接形式连接，并一同固定于同一框架上。料管接头5300的一端与储料斗5200连接，料管接头5300的另一端与泵机连接，通过泵机将砂浆自动泵送至储料斗5200。当足够砂浆到达抹灰板5100时，控制系统驱动提升机构将抹灰板5100自动提升至天花板高度，完成抹灰动作。

上述实施例的自动抹灰机可以采用以下工作方式：

通过自动行走单元在建筑工地环境内进行自主移动，并移动至合理沿墙位置。自主定位单元同时通过对环境的测量与自身的实时定位，生成自动作业所需必要信息，生成抹灰机本体位姿调整信息。并通过SLAM定位算法和地图匹配技术进一步解算并发送至自动行走单元、自动调平单元、自动调整单元、抹灰单元的驱动装置。作业开始前，自动行走单元通过自动导航系统到达指定区域，当通过拍摄激光基准线确定抹灰机本体的空间位置信息后，自动调平单元开始读取一级位姿传感器的数据，并通过对支撑脚的高度调整，将抹灰机本体自动调整至指定状态。随后顶撑机构顶撑至天花板，为机身提供足够的支撑。此时自动定位单元对抹灰机本体位置进行二次校准，确定无误后，由自动调整单元的前后伸缩机构、角度控制机构及横向平移机构将抹灰单元调整至理想抹灰位置，即与墙面距离控制在目标厚度范围内，并保持垂直。料管接头与泵机连接，将砂浆自动泵送至储料斗。当足够砂浆到达抹灰板时，控制系统驱动提升机构将抹灰板自动提升至天花板高度，完成抹灰动作。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质。

Claims (10)

1.一种自动抹灰机，其特征在于，包括：

抹灰机本体；

设置于所述抹灰机本体上的自动行走单元，驱动所述抹灰机本体行走和/或原地转向；

设置于所述抹灰机本体上的抹灰单元，所述抹灰单元对墙面进行上灰和刮平作业；

设置于所述抹灰机本体上的抹头调整单元，所述抹头调整单元能调整所述抹灰单元与墙面的距离、夹角、水平状态、竖直位置中一种或多种；

设置于所述抹灰机本体上的自动定位单元，所述自动定位单元获取所述抹灰机本体周围的环境信息及所述抹灰机本体的实时定位信息，并将环境信息及定位信息发送至所述自动行走单元，所述自动行走单元按照所述自动定位单元发出的位置信息规划行走路径，实现所述抹灰机本体的全方位行走和/或原地转向；同时获取所述抹灰机本体的位姿和位置信息并进行处理生成位姿调整信息，并将该位姿调整信息发送至所述抹头调整单元，所述抹头调整单元根据接收到的位姿调整信息调整所述抹灰单元的位姿。

2.根据权利要求1所述的一种自动抹灰机，其特征在于，还包括：设置于所述抹灰机本体上的自动调平单元；所述自动调平单元包括支撑装置和一级位姿传感装置，其中，所述支撑装置设置于所述抹灰机本体底部，且所述支撑装置的底部支撑于地面上，所述一级位姿传感装置采集所述抹灰机本体底部的水平度信息，并将所采集的信息发送至所述自动定位单元，所述自动定位单元根据接收的信息发出调整指令，从而调整所述支撑装置的高度，实现在复杂路面情况下对所述抹灰机本体姿态的调整。

3.根据权利要求2所述的一种自动抹灰机，其特征在于，所述支撑装置包括四个支撑脚，所述四个支撑脚分别分布在所述抹灰机本体底部的四个角上。

4.根据权利要求1所述的一种自动抹灰机，其特征在于，所述自动行走单元包括：

移动装置，所述移动装置设置于所述抹灰机本体底部，驱动所述抹灰机本体全方位行走和/或原地转向；

设置于所述移动装置上方的悬挂系统，所述悬挂系统辅助所述移动装置适应含坡度、高低差、并落有杂物的地面情况，并同时提供足够机构刚度。

5.根据权利要求1所述的一种自动抹灰机，其特征在于，所述自动定位单元包括：

感知装置，采集环境信息和所述抹灰机本体的位置信息，并将采集的信息发送至信息处理模块；

信息处理模块，所述信息处理模块对接收的信息通过数据处理算法进行过滤、融合和校准，生成自动作业所需信息。

6.根据权利要求5所述的一种自动抹灰机，其特征在于，所述感知装置包括：

激光发生器，所述激光发生器设置于建筑物内的地面、墙面或天花板上,所述激光发生器发出激光线作为抹灰作业的基准线；

视觉相机，所述视觉相机设置于所述抹灰机本体上,所述视觉相机拍摄抹灰作业的基准线，获取所述抹灰机本体的位置信息；

测量装置，所述测量装置设置于所述抹灰机本体上,用于测量所述抹灰机本体在建筑物内的位置信息。

7.根据权利要求1所述的一种自动抹灰机，其特征在于，所述抹头调整单元包括：

设置于所述抹灰机本体上的前后伸缩机构，能带动所述抹灰单元沿墙面的前后方向移动从而调整所述抹灰单元与墙面的距离，以实现不同的抹灰厚度；

设置于所述抹灰机本体上的角度控制机构，用于调整所述抹灰单元与墙面的夹角；

设置于所述抹灰机本体上的横向平移机构，用于调整所述抹灰单元的水平方向，使所述抹灰单元平行于墙面；

设置于所述抹灰机本体上的竖向升降机构，带动所述抹灰单元沿竖直方向移动。

8.根据权利要求7所述的一种自动抹灰机，其特征在于，所述竖向升降机构包括：

提升机构，所述提升机构设置于所述抹灰机本体上，能带动所述抹灰单元提升至天花板的高度；

顶撑机构，所述顶撑机构设置于所述抹灰机本体上，所述顶撑机构能分别顶撑于地面和/或天花板上，为所述抹灰机本体提供足够的支撑。

9.根据权利要求8所述的一种自动抹灰机，其特征在于，所述竖向升降机构还包括：

二级位姿传感器，采集所述竖向升降机构的垂直度信息，并将采集的数据发送至所述自动定位单元的信息处理模块。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种自动抹灰机，其特征在于，所述抹灰单元包括：

抹灰板，所述抹灰板设置所述抹灰机本体上，用于进行整个墙面的上灰和刮平作业；

抹灰执行器，所述抹灰执行器包括储料斗和料管接头，其中，所述储料斗与所述抹灰板连通，向所述抹灰板输送灰料，所述料管接头用于连接泵机，实现灰料的储存和实时供给。

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